張保學(xué)張保華孔祥軍王　亮

（1.國(guó)家海洋局南海環(huán)境監(jiān)測(cè)中心；2.中國(guó)海洋石油總公司節(jié)能減排監(jiān)測(cè)中心）

海上平臺(tái)生活污水處理設(shè)施處理效果比較＊

張保學(xué)1張保華2孔祥軍2王亮2

（1.國(guó)家海洋局南海環(huán)境監(jiān)測(cè)中心；2.中國(guó)海洋石油總公司節(jié)能減排監(jiān)測(cè)中心）

文章介紹了各種污水處理設(shè)施的設(shè)計(jì)原理、工藝流程及其優(yōu)缺點(diǎn)，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)對(duì)生活污水處理設(shè)施出水水質(zhì)中COD的監(jiān)測(cè)，比較了各種設(shè)施的污水處理效果：生化法生活污水處理裝置其出水COD排放值288～728 mg/L，不滿足GB 4914—2008《海洋石油勘探開(kāi)發(fā)污染物排放濃度限值》一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值要求；第二代生活污水電解裝置處理后的COD值滿足GB 4914—2008《海洋石油勘探開(kāi)發(fā)污染物排放濃度限值》一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值要求。結(jié)果表明：生化法處理設(shè)施對(duì)污染物處理效果不理想，不適合在海上平臺(tái)使用；電解法污水處理效果好，在舊平臺(tái)改造和新平臺(tái)建設(shè)中具有良好的應(yīng)用前景。

海上平臺(tái)；生活污水處理設(shè)施；生化法；電解法；COD

0　引 言

近年來(lái)，我國(guó)海洋石油勘探開(kāi)發(fā)迅猛發(fā)展，產(chǎn)能不斷擴(kuò)大，一方面促進(jìn)了海洋經(jīng)濟(jì)和石油經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，另一方面給海洋環(huán)境保護(hù)帶來(lái)了不容忽視的風(fēng)險(xiǎn)。海上平臺(tái)長(zhǎng)期坐落在海洋中，平臺(tái)上的工作人員日常產(chǎn)生的生活污水未經(jīng)處理或處理不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致海洋環(huán)境污染。目前海上平臺(tái)生活污水對(duì)海洋環(huán)境的污染越來(lái)越受到重視［1-2］。

為了保護(hù)海洋環(huán)境，限制污染物的排放，國(guó)家于2009年5月頒布實(shí)施了GB 4914—2008《海洋石油勘探開(kāi)發(fā)污染物排放濃度限值》［3］，此標(biāo)準(zhǔn)對(duì)海洋石油勘探開(kāi)發(fā)中排海生活污水中的COD排放要求和限值作出了具體規(guī)定。一級(jí)海域、二級(jí)海域COD≤300 mg/L；三級(jí)海域≤500 mg/L（①一級(jí)海域指渤海、北部灣，國(guó)家劃定的其他海洋保護(hù)區(qū)域和其他距最近陸地4 n mile（海里）以內(nèi)的海域；②二級(jí)海域指除渤海、北部灣，國(guó)家劃定的其他海洋保護(hù)區(qū)域外，其他距最近陸地大于4 nmile且小于12 nmile的海域；③三級(jí)海域指一級(jí)和二級(jí)海域以外的其他海域）。

海上平臺(tái)生活污水種類(lèi)和來(lái)源主要包括平臺(tái)廁所排出的含有糞、尿的污水（俗稱(chēng)黑水），以及平臺(tái)生產(chǎn)設(shè)施區(qū)的廚房、洗手間、洗衣間排出的含有洗滌劑的污水和醫(yī)務(wù)室排出的污水（俗稱(chēng)灰水）［2-4］。目前海上平臺(tái)處理生活污水主要有兩種方法［4-11］。一種是生化法［8-9］，利用活性污泥中的微生物對(duì)生活污水中的污染物進(jìn)行降解。另一種為電解法［10-11］，將混有海水的生活污水進(jìn)行電解，產(chǎn)生的次氯酸鈉（NaClO）是強(qiáng)氧化消毒劑，可以充分與污水接觸，通過(guò)氧化分解，達(dá)到去除污染物的目的。

本文以渤海海域（一級(jí)海域）海上平臺(tái)所配備的不同類(lèi)型生活污水處理設(shè)施為例，介紹了其工作原理和工藝流程，并結(jié)合重鉻酸鉀法［12］測(cè)定的處理后生活污水的COD值，對(duì)海上平臺(tái)生活污水處理設(shè)施的處理效果進(jìn)行了比較，進(jìn)而為生活污水處理設(shè)施的選型提供參考依據(jù)。

1　生化法生活污水處理設(shè)施

1.1原生化法

該方法為最早海上平臺(tái)所采用，該生活污水處理裝置由五個(gè)水密的腔室組成，分別為污水柜、一級(jí)接觸氧化柜、二級(jí)接觸氧化柜、沉淀柜和積水柜。

其工作原理是，生活污水進(jìn)入污水柜，經(jīng)過(guò)充分粉碎后，流進(jìn)一級(jí)接觸氧化柜，通過(guò)氣泵對(duì)其進(jìn)行曝氣、反應(yīng)，經(jīng)處理后的污水流過(guò)填料與生物膜接觸，其中有機(jī)污染物被生物膜粘附消解，生成無(wú)污染的CO2和水。污水再經(jīng)過(guò)二級(jí)接觸氧化柜的生物膜進(jìn)一步處理后流入沉淀柜進(jìn)行沉淀、撇渣，最終進(jìn)入積水柜。當(dāng)積水柜收集到一定水量時(shí)，啟動(dòng)流程泵，將處理后的污水打入超濾裝置過(guò)濾水中的雜質(zhì)，過(guò)濾后的水通過(guò)紫外線消毒裝置將水中的細(xì)菌消除干凈后直接排放。沉淀柜內(nèi)沉淀的污泥經(jīng)過(guò)提氣裝置回流至一級(jí)接觸氧化柜，用以提高出水水質(zhì)，減少進(jìn)水濃度，調(diào)節(jié)和穩(wěn)定沖擊負(fù)荷，提高生物膜活性，提高接觸氧化柜的有機(jī)負(fù)荷率。其工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1　生化法生活污水處理裝置工藝流程

對(duì)該設(shè)施間隔2 h采樣，連續(xù)監(jiān)測(cè)3 d，其出水COD排放值為288～728 mg/L，不滿足GB 4914—2008《海洋石油勘探開(kāi)發(fā)污染物排放濃度限值》一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值要求。原因在于海上平臺(tái)遠(yuǎn)離陸地，為了節(jié)省淡水資源，平臺(tái)都使用海水沖洗廁所，導(dǎo)致污水中含鹽量增加，微生物活性下降或失活，實(shí)際應(yīng)用中對(duì)生活污水的處理效果并不理想。

1.2外置MBR法

該設(shè)施實(shí)際為原生化法設(shè)施的改進(jìn)型，在原生化裝置的末端增加了外置式膜組件，以期對(duì)曝氣處理后的污水進(jìn)行進(jìn)一步處理。其裝置本體主要由生化柜、污泥柜、清水柜及膜組件組成。

其工作原理是，黑水和廚房灰水直接進(jìn)入一級(jí)生化處理柜，在生化處理柜內(nèi)進(jìn)行好氧處理以去除有機(jī)物。經(jīng)過(guò)處理的污水流入沉淀柜進(jìn)行初步泥水分離，沉淀后的污泥流入污泥柜，上清液進(jìn)入二級(jí)生化處理柜進(jìn)行進(jìn)一步生化處理，然后通過(guò)循環(huán)泵打入膜組件，再由抽吸泵抽入清水柜。洗漱用水和浴室排水直接進(jìn)入清水柜，與處理后的黑水和廚房灰水混合，到達(dá)一定液位后由排放泵間歇排放。其工藝流程見(jiàn)圖2。

圖2　外置MBR法生活污水處理工藝流程

對(duì)外置MBR設(shè)施，同樣間隔2 h采樣，連續(xù)監(jiān)測(cè)3 d，其出水COD排放值為236～496 mg/L，也不滿足GB 4914—2008《海洋石油勘探開(kāi)發(fā)污染物排放濃度限值》一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值要求。

該種型號(hào)的污水處理設(shè)施缺點(diǎn)在于：

①由于平臺(tái)使用海水沖洗廁所，導(dǎo)致污水中含鹽量增加，并且在不同的時(shí)段，進(jìn)入裝置的水量、水溫、污染物含量都呈現(xiàn)巨大差異，該處理裝置耐受水量水質(zhì)沖擊能力不足，生化段難以起到實(shí)際作用，外置MBR膜組件實(shí)際僅起到了過(guò)濾作用，盡管能消減一部分COD排放，但處理效果仍不理想。

②該裝置只對(duì)黑水和廚房灰水從源頭進(jìn)入生化段處理，而其余灰水沒(méi)有處理，最后在清水柜與處理后的黑水和廚房灰水混合后直接排放，使得大部分灰水中的污染物沒(méi)有消減就直接排海，在設(shè)計(jì)上存在缺陷。

1.3內(nèi)置MBR法

該設(shè)施為陸地MBR法在海上平臺(tái)的緊湊版，裝置由初沉池、總調(diào)節(jié)池、水解酸化池、接觸氧化池、MBR池、污泥濃縮池、回注回用池、沖廁回用池等功能單元組成。

其工作原理是，只對(duì)平臺(tái)灰水進(jìn)行MBR法處理，處理后的清凈水一部分回用沖廁，一部分隨生產(chǎn)污水回注地層，實(shí)現(xiàn)生活污水再利用。其工藝流程見(jiàn)圖3。

圖3　內(nèi)置　MBR法生活污水處理工藝流程

對(duì)內(nèi)置MBR設(shè)施，同樣間隔2 h采樣，連續(xù)監(jiān)測(cè)3 d，其出水COD排放值為23.1～60.7 mg/L，處理后的COD值滿足GB 4914—2008《海洋石油勘探開(kāi)發(fā)污染物排放濃度限值》一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值要求。

該種型號(hào)的污水處理設(shè)施優(yōu)點(diǎn)在于只對(duì)灰水進(jìn)行處理，然后一部分回用于沖廁，一部分隨生產(chǎn)污水回注地層，該法避免了沖廁使用海水對(duì)污泥中微生物的破壞，提高了處理效率，能夠?qū)崿F(xiàn)生活污水再利用。

但該法需要進(jìn)行定期維護(hù)，做到及時(shí)清淤和培養(yǎng)微生物，在平臺(tái)維護(hù)費(fèi)用較高，并且占用平臺(tái)空間也較大，盡管出水COD滿足GB 4914—2008《海洋石油勘探開(kāi)發(fā)污染物排放濃度限值》一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的要求，但出水水質(zhì)仍顯淡黃色，并帶有微臭，再回用于沖廁，造成員工不適，實(shí)際推廣價(jià)值并不大。

2　電解法生活污水處理設(shè)施

2.1第一代電解法

第一代生活污水處理裝置為12MC Custom Unit型，裝置本體主要由緩沖罐、電解板、清水柜等組件組成。

其工作原理是，將混有海水的生活污水，經(jīng)過(guò)特制的污水電解槽。電解槽由陰極和陽(yáng)極組成多個(gè)電解室，經(jīng)海水混合后的污水在電解槽中發(fā)生如下反應(yīng)：

其中反應(yīng)所產(chǎn)生的活性NaClO是強(qiáng)氧化消毒劑，在副產(chǎn)物氣體的攪拌作用下，可以充分地與污水的細(xì)菌接觸，從而迅速地、幾乎徹底地將其全部消除。同時(shí)，污水中的有機(jī)化合物，在陰極間發(fā)生電化學(xué)氧化分解反應(yīng)，轉(zhuǎn)變?yōu)槎趸己退?，通過(guò)氧化分解達(dá)到消除污染物，降低COD排放值。其工藝流程見(jiàn)圖4。

圖4　12MC型生活污水處理工藝流程

連續(xù)3 d的監(jiān)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。表1表明，在用水高峰時(shí)段（08：00，12：00，14：00，16：00，20：00），12MC型生活污水處理裝置抗水力負(fù)荷能力較差，處理后的COD值在12：00，14：00不能滿足GB 4914—2008《海洋石油勘探開(kāi)發(fā)污染物排放濃度限值》一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值（COD≤300 mg/L）要求。

表1　第一代電解裝置生活污水COD監(jiān)測(cè)結(jié)果　mg/L

2.2第二代電解法

第二代生活污水電解裝置為Series 55型，裝置本體主要由緩沖罐、電解板、停留池、電凝聚反應(yīng)器（二級(jí)電解）、清水柜等組件組成。

其工作原理是，黑水和灰水先進(jìn)入收集池（緩沖罐），收集池內(nèi)設(shè)計(jì)一粉碎機(jī)對(duì)污水進(jìn)行初步的處理，處理后的污水與一定量的海水混合在電解池中通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)氧化并消毒污水；隨后污水流入電凝聚反應(yīng)器（二級(jí)電解）進(jìn)一步電解反應(yīng)，去除有機(jī)物和殺滅細(xì)菌；當(dāng)污水充分電解后，流入停留池，以保證剩余的細(xì)菌被殺滅，并且讓部分氧化的物質(zhì)在池中沉淀；停留池中的污水最終流入清水柜，達(dá)到一定液位后排放。其工藝流程見(jiàn)圖5。

高職中外合作辦學(xué)項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)科學(xué)、良性發(fā)展，必須要有完善的監(jiān)督機(jī)制，整個(gè)辦學(xué)過(guò)程應(yīng)該被放置于政府部門(mén)以及整個(gè)社會(huì)的監(jiān)督下，因此，相關(guān)部門(mén)必須要加快推進(jìn)高職中外合作辦學(xué)項(xiàng)目的公示公開(kāi)制度，要將整個(gè)中外合作辦學(xué)項(xiàng)目的辦學(xué)許可、教育過(guò)程、資金使用等等向?qū)W生、家長(zhǎng)乃至社會(huì)進(jìn)行公開(kāi)，進(jìn)一步加強(qiáng)社會(huì)輿論監(jiān)督，有效維護(hù)學(xué)生的合法權(quán)益，政府部門(mén)在這一過(guò)程中要發(fā)揮積極作用，逐步推動(dòng)高職中外合作辦學(xué)項(xiàng)目的管、辦、評(píng)分離，努力形成辦學(xué)者自律、社會(huì)監(jiān)督和政府部門(mén)有效監(jiān)督的監(jiān)督機(jī)制，促進(jìn)高職中外合作辦學(xué)的健康發(fā)展。

圖5　Series 55型生活污水處理工藝流程

連續(xù)3 d的監(jiān)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2，表2表明，由于第二代生活污水電解裝置擴(kuò)大了收集池（緩沖罐）容量，抗水力負(fù)荷能力加強(qiáng)，同時(shí)增加了電凝聚反應(yīng)器（二級(jí)電解），產(chǎn)生的亞鐵離子對(duì)懸浮物起到絮凝沉淀作用，因此在不同的用水時(shí)段，出水水質(zhì)比較平穩(wěn)，處理后的COD值均滿足GB 4914—2008《海洋石油勘探開(kāi)發(fā)污染物排放濃度限值》一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值要求。

表2　第二代電解裝置生活污水COD監(jiān)測(cè)結(jié)果　mg/L

由于海水中含鹽量只有3%左右，會(huì)消耗大量的電能，電解法在實(shí)際使用中，并且電解法是將海水和生活污水混合后電解，污水中的有機(jī)污染物極易對(duì)電極造成損壞，縮短使用壽命；電凝聚反應(yīng)器的鐵電極嚴(yán)重依賴(lài)進(jìn)口，價(jià)格高。

2.3改進(jìn)的電解法

自2013年起，海洋石油勘探開(kāi)發(fā)科研部門(mén)對(duì)海上平臺(tái)生活污水電解法進(jìn)行了一些改進(jìn)，以期進(jìn)一步提高電解效率以降低設(shè)施制造和運(yùn)行成本。

①將海水加鹽后再電解，提高了電解效率，同時(shí)產(chǎn)生的次氯酸鈉（NaClO）濃度也會(huì)增加，消減COD效果會(huì)更好。

②生活污水直接進(jìn)入消毒池，只對(duì)高濃度食鹽水進(jìn)行電解，避免污水中的有機(jī)物對(duì)電極的損壞，延長(zhǎng)了電極的使用壽命。

③使用鐵碳合金原電池，替代電凝聚反應(yīng)器，實(shí)現(xiàn)設(shè)施的國(guó)產(chǎn)化，降低制造成本。

④污泥經(jīng)壓濾機(jī)壓實(shí)干化后，運(yùn)回陸地處理，不再反沖洗排海，進(jìn)一步降低對(duì)海洋的污染。

3　結(jié)束語(yǔ)

電解法作為一種清潔工藝，適合于人口擁擠、使用海水沖廁、空間狹小的海上平臺(tái)的生活污水處理，在進(jìn)行污水電解流程、絮凝方式改造后，在舊平臺(tái)改造和新平臺(tái)建設(shè)中具有良好的應(yīng)用前景。

［1］ 代文，衛(wèi)建魁.淺談海上油田應(yīng)對(duì)海洋污染的措施［J］.石油工業(yè)技術(shù)監(jiān)督，2013（4）：58-60.

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［3］ GB 4914—2008海洋石油勘探開(kāi)發(fā)污染物排放濃度限值［S］.

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10.3969/j.issn.1005-3158.2015.06.009

1005-3158（2015）06-0033-04

2015-05-30）

（編輯 李娟）

國(guó)家海洋局海洋行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制修訂計(jì)劃（201502056-T）。

張保學(xué)，2004年畢業(yè)于武漢理工大學(xué)環(huán)境工程專(zhuān)業(yè)，碩士，現(xiàn)在國(guó)家海洋局南海環(huán)境監(jiān)測(cè)中心從事海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)分析與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)工作。通信地址：廣東省廣州市新港西路155號(hào)南海環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，510300